git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/cabac.c

   1 /*
   2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... encoder/decoder
   3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Context Adaptive Binary Arithmetic Coder.
  25  */
  26
  27 #include <string.h>
  28
  29 #include "libavutil/common.h"
  30 #include "get_bits.h"
  31 #include "cabac.h"
  32
  33 static const uint8_t lps_range[64][4]= {
  34 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
  35 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
  36 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
  37 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
  38 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
  39 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
  40 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
  41 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
  42 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
  43 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
  44 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
  45 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
  46 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
  47 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
  48 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
  49 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
  50 };
  51
  52 uint8_t ff_h264_mlps_state[4*64];
  53 uint8_t ff_h264_lps_range[4*2*64];
  54 uint8_t ff_h264_mps_state[2*64];
  55
  56 static const uint8_t mps_state[64]= {
  57   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
  58   9,10,11,12,13,14,15,16,
  59  17,18,19,20,21,22,23,24,
  60  25,26,27,28,29,30,31,32,
  61  33,34,35,36,37,38,39,40,
  62  41,42,43,44,45,46,47,48,
  63  49,50,51,52,53,54,55,56,
  64  57,58,59,60,61,62,62,63,
  65 };
  66
  67 static const uint8_t lps_state[64]= {
  68   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
  69   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
  70  13,13,15,15,16,16,18,18,
  71  19,19,21,21,22,22,23,24,
  72  24,25,26,26,27,27,28,29,
  73  29,30,30,30,31,32,32,33,
  74  33,33,34,34,35,35,35,36,
  75  36,36,37,37,37,38,38,63,
  76 };
  77
  78 const uint8_t ff_h264_norm_shift[512]= {
  79  9,8,7,7,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,
  80  4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,
  81  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  82  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  83  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  84  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  85  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  86  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  87  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  88  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  89  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  90  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  91  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  92  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  93  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  94  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  95  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  96  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  97  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  98  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  99 };
 100
 101 /**
 102  *
 103  * @param buf_size size of buf in bits
 104  */
 105 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
 106     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
 107
 108     c->low= 0;
 109     c->range= 0x1FE;
 110     c->outstanding_count= 0;
 111     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
 112 }
 113
 114 /**
 115  *
 116  * @param buf_size size of buf in bits
 117  */
 118 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
 119     c->bytestream_start=
 120     c->bytestream= buf;
 121     c->bytestream_end= buf + buf_size;
 122
 123 #if CABAC_BITS == 16
 124     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
 125     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
 126 #else
 127     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
 128 #endif
 129     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
 130     c->range= 0x1FE;
 131 }
 132
 133 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c){
 134     int i, j;
 135
 136     for(i=0; i<64; i++){
 137         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
 138             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+0]=
 139             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+1]= lps_range[i][j];
 140         }
 141
 142         ff_h264_mlps_state[128+2*i+0]=
 143         ff_h264_mps_state[2*i+0]= 2*mps_state[i]+0;
 144         ff_h264_mlps_state[128+2*i+1]=
 145         ff_h264_mps_state[2*i+1]= 2*mps_state[i]+1;
 146
 147         if( i ){
 148             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 2*lps_state[i]+0;
 149             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 2*lps_state[i]+1;
 150         }else{
 151             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 1;
 152             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 0;
 153         }
 154     }
 155 }
 156
 157 #ifdef TEST
 158 #define SIZE 10240
 159
 160 #include "libavutil/lfg.h"
 161 #include "avcodec.h"
 162 #include "cabac.h"
 163
 164 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
 165     put_bits(&c->pb, 1, b);
 166     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
 167         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
 168     }
 169 }
 170
 171 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
 172     while(c->range < 0x100){
 173         //FIXME optimize
 174         if(c->low<0x100){
 175             put_cabac_bit(c, 0);
 176         }else if(c->low<0x200){
 177             c->outstanding_count++;
 178             c->low -= 0x100;
 179         }else{
 180             put_cabac_bit(c, 1);
 181             c->low -= 0x200;
 182         }
 183
 184         c->range+= c->range;
 185         c->low += c->low;
 186     }
 187 }
 188
 189 static void put_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state, int bit){
 190     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + *state];
 191
 192     if(bit == ((*state)&1)){
 193         c->range -= RangeLPS;
 194         *state= ff_h264_mps_state[*state];
 195     }else{
 196         c->low += c->range - RangeLPS;
 197         c->range = RangeLPS;
 198     }
 199
 200     renorm_cabac_encoder(c);
 201 }
 202
 203 /**
 204  * @param bit 0 -> write zero bit, !=0 write one bit
 205  */
 206 static void put_cabac_bypass(CABACContext *c, int bit){
 207     c->low += c->low;
 208
 209     if(bit){
 210         c->low += c->range;
 211     }
 212 //FIXME optimize
 213     if(c->low<0x200){
 214         put_cabac_bit(c, 0);
 215     }else if(c->low<0x400){
 216         c->outstanding_count++;
 217         c->low -= 0x200;
 218     }else{
 219         put_cabac_bit(c, 1);
 220         c->low -= 0x400;
 221     }
 222 }
 223
 224 /**
 225  *
 226  * @return the number of bytes written
 227  */
 228 static int put_cabac_terminate(CABACContext *c, int bit){
 229     c->range -= 2;
 230
 231     if(!bit){
 232         renorm_cabac_encoder(c);
 233     }else{
 234         c->low += c->range;
 235         c->range= 2;
 236
 237         renorm_cabac_encoder(c);
 238
 239         assert(c->low <= 0x1FF);
 240         put_cabac_bit(c, c->low>>9);
 241         put_bits(&c->pb, 2, ((c->low>>7)&3)|1);
 242
 243         flush_put_bits(&c->pb); //FIXME FIXME FIXME XXX wrong
 244     }
 245
 246     return (put_bits_count(&c->pb)+7)>>3;
 247 }
 248
 249 int main(void){
 250     CABACContext c;
 251     uint8_t b[9*SIZE];
 252     uint8_t r[9*SIZE];
 253     int i;
 254     uint8_t state[10]= {0};
 255     AVLFG prng;
 256
 257     av_lfg_init(&prng, 1);
 258     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
 259     ff_init_cabac_states(&c);
 260
 261     for(i=0; i<SIZE; i++){
 262         r[i] = av_lfg_get(&prng) % 7;
 263     }
 264
 265     for(i=0; i<SIZE; i++){
 266 START_TIMER
 267         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
 268 STOP_TIMER("put_cabac_bypass")
 269     }
 270
 271     for(i=0; i<SIZE; i++){
 272 START_TIMER
 273         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
 274 STOP_TIMER("put_cabac")
 275     }
 276
 277     put_cabac_terminate(&c, 1);
 278
 279     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
 280
 281     memset(state, 0, sizeof(state));
 282
 283     for(i=0; i<SIZE; i++){
 284 START_TIMER
 285         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) )
 286             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
 287 STOP_TIMER("get_cabac_bypass")
 288     }
 289
 290     for(i=0; i<SIZE; i++){
 291 START_TIMER
 292         if( (r[i]&1) != get_cabac(&c, state) )
 293             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
 294 STOP_TIMER("get_cabac")
 295     }
 296     if(!get_cabac_terminate(&c))
 297         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
 298
 299     return 0;
 300 }
 301
 302 #endif /* TEST */